CN102120617A - 一种研究钼酸锶纳米片原位生长过程的方法 - Google Patents

Abstract

本发明采用微量热法对钼酸锶纳米片原位生长过程进行了研究，该方法选用原料非离子表面活性剂CTAB、正丁醇、正庚烷和Na₂MoO₄及SrCl₂水溶液，各组分混合后分别制备成均匀透明的Na₂MoO₄和SrCl₂的微乳液，取Na₂MoO₄的微乳液1mL装入小玻璃样品池，SrCl₂的微乳液1mL装入大玻璃样品池，将小样品池套入大样品池中，再将大样品池放入不锈钢反应池中，最后将不锈钢反应池放入RD496-2000微热量计中，待基线稳定后将小样品池捅破使Na₂MoO₄和SrCl₂微乳液混合，通过微热量计实时记录热电势的变化来获取钼酸锶纳米片生长过程的热动力学信息，与电镜表征技术相结合，从而研究其生长过程的热动力学和生长机理。本发明方法也可广泛用于无机功能材料原位生长过程的研究。

Description

一种研究钼酸锶纳米片原位生长过程的方法

技术领域

本发明涉及一种无机功能纳米材料原位生长过程的研究，特别涉及一种采用高精度、高灵敏度的RD496-2000微热量计研究钼酸锶纳米片原位生长过程的方法。

背景技术

纳米材料为什么会生长和如何生长，生长过程的规律和特征如何？采用什么方法获取纳米材料生长过程的信息，搞清楚纳米材料生长过程的热力学、动力学及其生长机理，总结纳米材料生长的特征和规律，给出科学合理的解释，从而实现纳米材料的可控生长，进而达到结构和物性的调控，一直是纳米材料制备科学追求的目标。

目前，研究纳米材料的生长过程主要有以下几种方法：(1)用经典的结晶动力学理论来研究纳米材料生长[Sugimoto T，Kimijima K.Journal of Physical Chemistry B.2003；107；10753-9]，即在一定条件下对所合成的纳米材料进行终态(或中间态)检测，表征形态、结构、组成和物性，由检测结果进行分析，探索可控合成的生长条件，研究生长机理和生长动力学[郭敏，刁鹏，王新东，蔡生民.北京科技大学学报.2007；7；735-8+749]；(2)用电镜原位研究纳米材料生长过程[a)Zhang XZ，Zhang JM，Chen L，Xu J，You LP，Yu DP.Applied Physcis A：Materials Science & Processing.2008；92；669-672.b)Stach FA，Pauzuskie PJ，Kuykendall T，Goldberger J，He RR，Yang PD.Nano Letters.2003；3；867-9.c)Radisic A，VereeckenPM，Hannon JB，Searson PC，Rss FM.Nano Letters.2006；6；238-42.d)Chou YC，Wu W W，ChengSL，Yoo B-Y，Myung N，Chen LJ，Tu KN.Nano Letters.2008；8；2194-9.]；(3)用扫描隧道显微镜实时观测纳米材料生长[a)Skutnik PD，Sgarlata A，Nufris S，Motta N，Balzarotti A.Physical Review B.2004；69；201309.b)Zell CA，Freyland W.Langmuir.2003；19；7445-50.]；(4)用椭圆偏振诊断技术对纳米材料的生长动力学、性质进行在线监测[Logothetidis S，Gioti M，Patsalas P.Diamond and Related Materials.2001；10；117-24.]；(5)用同位加速器X射线吸收原位观测纳米结构成核以及生长过程[Lngham B，Llly BN，Ryan MP.Journal of Physical Chemistry C. 2008；112；2820-4.]；(6)用紫外光谱(UV)吸收对纳米簇生长过程进行实时在线动力学研究[Mercado L，Castro W，Vicuüa E，Briano JG；Ishikawa Y，Irizarry R，SoláL，Castro ME.International Conference on Computational Nanoscience and Nanotechnology-ICCN.2002；439-42.]；(7)用石英晶体微天平结合原位X射线光电子能谱对纳米结构的生长速率进行在线监测[Chelly R，Werckmann J，Angot T，Louis P，Bolmont D，Koulmann JJ.Thin Solid Films.1997；294；84-7.]。

以上这些方法存在的问题是不能用通常的生长参数(温度、浓度等)描述纳米材料非平衡生长过程的瞬时变化动态精细信息。即无法用通常的某种参数跟踪描述纳米材料生长的全过程，包括化学反应、成核生长和形貌演化的热力学信息、动力学信息及生长机理，无法说明生长过程的不同与最终形貌不同的必然联系，在很多情况下对生长机理的解释只是推测的结果。如：用XRD研究纳米粒子的生长动力学，仅对球形粒子适用而且不能同步跟踪；电镜原位研究纳米材料生长是在电镜监测所需要的特殊条件下进行的，与通常纳米材料的生长实际环境完全不同，不能够应用于普遍的纳米材料生长过程研究。另外，原位电镜法虽然能直观观察纳米材料的生长演变过程，但仍然不能获得纳米材料非平衡生长过程中粒子间相互作用的热力学信息和动力学信息；用扫描隧道显微镜能从原子、分子水平上进行纳米材料生长机理的研究，也不能获得纳米材料生长过程中粒子间相互作用的热力学信息和动力学信息，另外，所需设备昂贵、条件苛刻，不能用于通常条件下的纳米材料生长过程研究。

发明内容

本发明通过使用RD496-2000微热量计对SrMoO₄纳米片的原位生长过程进行实时监测，从而得到其生长图谱，并将此图谱与SrMoO₄纳米片生长过程中在不同反应时间得到的电镜图片相结合，进而得到其生长热动力学信息及生长机理。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

制备微乳液A和B，取适量A与B分别装入小样品池和大样品池(图1)中。将小样品池套入大样品池中，再将大样品池放入不锈钢反应池中，最后将不锈钢反应池放入 RD496-2000微热量计中。待基线稳定后将小样品池捅破使A与B混合，通过微量热计记录热电势随时间的变化，从而获取所得晶体原位生长过程的热谱曲线。洗涤在不同反应时间得到的白色沉淀，再利用电镜技术进行表征，将其电镜图片与热谱曲线相结合，得到其生长热动力学信息，并研究其生长机理。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1、本发明中的钼酸锶纳米片原位生长研究所采用的是微量热法，该方法能自动化地在线监测体系变化过程，能同时提供过程热力学信息和动力学信息。

2、本发明在RD496-2000微热量计中进行，该仪器能精确检测纳瓦(nW)级的热功率和10^-7J量级的能量变化；可控温度可达10^-4～10^-5℃，能高精度精细地控制纳米体系的环境条件；对体系的溶剂性质、光谱性质和电学性质等没有任何条件限制。

3、本发明可广泛应用于其他无机功能材料原位生长过程的研究。

附图说明

图1为本发明实施原位生长研究使用的自行研制的不锈钢反应池、大样品池和小样品池的照片；

图2为本发明实施例获取的热谱曲线图；

图3为本发明方法制得的SrMoO₄纳米片的XRD、FE-SEM、TEM、SAED及HRTEM图，(a)样品的XRD图谱，(b)样品的FE-SEM照片，(c-d)样品的TEM照片，(e)样品的SEAD照片，(f)样品的HRTEM照片；

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，实施例的描述仅为便于理解本发明，而非对本发明保护的限制。

实施例：

取12mmolCTAB、8mL正丁醇、20mL正庚烷加入50mL的烧杯中，磁力搅拌条件下逐滴滴加1mL0.05mol/L的Na₂MoO₄水溶液，继续搅拌约10分钟，得到澄清透明的Na₂MoO₄微乳液，相同的方法得到澄清透明的SrCl₂微乳液。取1mLNa₂MoO₄微乳液装入直径1.0cm、高4.5cm的小玻璃样品池，1mLSrCl₂微乳液装入直径1.2cm、高6.5cm的大玻璃样品池，将 小样品池套入大样品池中，再将大样品池放入不锈钢反应池中，最后将不锈钢反应池放入RD496-2000微热量计中。待基线稳定后将小样品池捅破使Na₂MoO₄与SrCl₂微乳液混合，通过微量热计记录热电势的变化，获取钼酸锶纳米片原位生长的热谱曲线。量热计中整个过程是在室温下进行的，反应时间为0～30个小时。将反应过程中不同反应时间得到的白色沉淀离心分离，用丙酮、无水乙醇和蒸馏水多次洗涤，再利用电镜技术进行表征，将得到的不同反应时间的钼酸锶颗粒的电镜图片与热谱曲线相结合，研究其生长机理。

Claims (4)

1.一种研究钼酸锶纳米片原位生长过程的方法，其特征在于该方法是采用高精度、高灵敏度的RD496-2000量热计对钼酸锶纳米片的原位生长动态实行在线监测，获取钼酸锶纳米片生长过程的热动力学信息，与电镜表征技术相结合，研究其生长过程的热动力学和生长机理。

2.量热计中整个过程是在室温下进行的，反应时间为0～30小时。

3.将实验过程中不同反应时间得到的钼酸锶沉淀离心分离，用丙酮、无水乙醇和蒸馏水多次洗涤，再用电镜技术进行表征。

4.将得到的不同反应时间的钼酸锶颗粒的电镜图片与热谱曲线相结合，研究其生长机理。

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